開關電源：開關電源詳細介紹
2021-01-22 15:19
開關電源是什么？
開關模式電源（Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS），又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。
開關電源作用：
是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。開關電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個人電腦，而開關電源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。
開關電源的類型：
1. 按輸入與輸出的類別可以分為：交流轉直流開關電源（AC-DC）、直流轉交流逆變器（DC-AC）、直流轉直流轉換器（DC-DC）
2. 按電路的輸出穩壓控制方式分類：
開關電源可分為脈沖寬度調制(PWM)式、 脈沖頻率調制(PFM)式和脈沖調頻調寬式三種。
3. 按開關電源的觸發方式分類：
1) 自激式開關電源
自激式開關電源利用電源電路中的開關晶體管和高頻脈沖變壓器構成正反饋環路，來完成自激振蕩，使開關電源輸出直流電壓。在顯示設備的PWM式開關電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發生故障時，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。
2) 它激式開關電源
它激式開關電源必須有一個振蕩器，用以產生開關脈沖來控制開關管，使開關電源工作，輸出直流電壓。
開關電源各種類型
常用開關電源輸出電壓：5V開關電源、12v開關電源、15v開關電源、24v開關電源、36v開關電源、48v開關電源
開關電源與傳統電源的區別：
可以參考這篇文章 什么是開關式電源、線性電源_開關電源與傳統的線性電源有什么區別
開關電源基本結構：
開關電源基本結構
1. 主電路
交流電進入電源首先經過整流和濾波轉變為高壓直流 電，再經過開關電路和高頻開關變壓器轉為高頻率低壓脈 沖，然后再經過整流和濾波電路，最后輸出低電壓的直流電源。
2. 控制和反饋回路
給開關器件輸入給定開關信號，使開關器件的打開和關 閉，從而達到能量傳輸的目的。并且根據采樣和反饋回路采 集輸出，形成負反饋的閉環回路，達到使開關電源穩定輸出的目的。
3. 保護電路
當開關電源工作異常時，可以限制電流或者關斷電源 等，以達到保護電源負載的目的。 保護類型主要包括欠壓電壓保護、過電壓保護以及過電 流保護和過熱保護等。
開關電源的特點：
(1) 效率高
開關電源的功率開關調整管工作在開關狀態，所以調整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可達90%以上。
(2) 重量輕
由于開關電源省掉了笨重的電源變壓器，節省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了。
(3) 穩壓范圍寬
開關電源的交流輸入電壓在90~270 V內變化時，輸出電壓的變化在±2%以下。合理設計開關電源電路，還可使穩壓范圍更寬，并保證開關電源的高效率。
(4) 安全可靠
在開關電源中，由于可以方便地設置各種形式的保護電路，因此當電源負載出現故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠。
(5) 功耗小 穩定性強
由于開關電源的工作頻率高，一般在20 kHz以上，因此濾波元件的數值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關管工作在開關狀態，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環境而損壞，因此采用開關電源可以提高整機的可靠性和穩定性。
開關電源的主要技術指標：
(1) 輸入電壓變化范圍：當穩壓電源的輸入電壓發生變化時，使輸出電壓保持不變的輸入電壓變化范圍。這個范圍越寬，表示電源適應外界電壓變化的能力越強，電源使用范圍就越寬。它和電源的誤差放大、 反饋調節電路的增益以及占空比調節范圍有關。目前開關電源的輸入電壓變化范圍已做到90~270 V，可以省去許多電器中的110 V/220 V轉換開關。
(2) 輸出內阻Ro：輸出電壓的變化量ΔUo與輸出電流的變化量ΔIo的比值。這個比值越小，表示電源輸出電壓隨負載電流的變化越小，穩壓性能越好。
(3) 效率η：電源輸出功率Po與輸入功率Pi的比值。這個比值越高，開關電源的體積越小，同時可靠性也越高。目前開關電源的效率可達到90％以上。
(4) 輸出紋波電壓：由于開關電源的穩壓過程是一個不斷反饋調節的過程，因此在輸出的直流電壓Uo上會出現一個疊加的波動的紋波電壓，即輸出紋波電壓。這個電壓值越小，表示電源的輸出性能越好。這個參數的表示有兩種方法：一是輸出紋波電壓有效值；二是輸出紋波電壓的峰峰值Upp。
(5) 輸出電壓調節范圍：由于電源的輸出電壓只和基準電壓與輸出取樣電路的元器件參數有關，因此，輸出電壓調節范圍反映在線性電源上是穩壓調整管集電極電流的變化范圍，反映在開關電源上是開關調整管脈沖占空比D的變化范圍。
(6) 輸出電壓穩定性：輸出電壓隨負載變化而變化的特性，這個變化量越小越好。它主要和反饋調節回路的增益及頻響特性有關。反饋調節回路增益越高，基準電壓UE越穩定，輸出電壓Uo的穩定性就越好。
(7) 輸出功率Po：電源能輸出給負載的最大功率，它和負載功率有關。為了保證電源安全，要求輸出功率有20％～50％的裕量。
開關電源應用領域：
目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于各種終端設備、通信設備、安防通信、軌道交通、新能源、電力、生物醫療、智能家居、環保設備、LED照明以及景觀亮化等。
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